1. BÖLÜM
2.3. NAZIM BİÇİMLERİ
O termo “inorgânica” pode levar a suposição de que essa área da química se dedique apenas ao estudo de elementos ou compostos que não façam parte da composição dos organismos vivos. No entanto, todos os seres vivos contêm um grande número de compostos inorgânicos, que desempenham papéis importantes na manutenção da vida. O estudo dos compostos inorgânicos, presentes naturalmente ou por contaminação em meios biológicos, constitui hoje um ramo promissor da química dos biossistemas (FARIAS, 2009).
Nesse século, a biotecnologia tem se destacado como uma importante ferramenta para o desenvolvimento tecnológico e científico mundial. A combinação da nanotecnologia com processos bioquímicos, biotecnológicos e em biologia molecular tornou-se uma emergente área de pesquisa como a nanobiotecnologia, que nos oferece grandes oportunidades para o desenvolvimento de novos materiais (SREEREMYA et al, 2012).
Com o objetivo de elucidar e desenvolver novos materiais com estruturas em escalas nanométricas com carater híbrido, é de extrema necessidade um estudo mais aprofundado das propriedades de superfícies dessas nanopartículas. Além disso, nanomateriais híbridos podem favorecer a importante combinação de nanopartículas (de propriedades magnéticas ou não magnéticas) com biossistemas, tais como anticorpos, proteínas e outras funcionalidades, levando-os a características biofuncionais e de nanopartículados, promovendo e exibindo ligações altamente seletivas. Essas nanopartículas poderiam ter muitas aplicações biológicas e medicinais, incluindo a dispensação controlada de drogas, diagnóstico médico por imagens, e purificação de proteínas (HORAK et al 2007; SALVIULO et al 2010).
A relação da área de superfície com o volume (ou a massa) de partículas, em escala nanométrica, é muito maior quando comparamos com as de dimensões micrométricas. Como o material na forma nanoparticulada apresenta uma área superficial muito maior, sua reatividade química, geralmente, aumenta significamente (cerca de 1000 vezes) com essa diminuição do tamanho das estruturas (BUZEA et al 2007).
Silva et al (2005) apresentaram um estudo sobre nanoestruturas derivadas do fulereno (C60), tanto in vitro quanto in vivo, devido a seu potencial neuroprotetor, onde o material responsável pelo modelo de fornecimento da neuroproteção é o fulerenol, que é o fulereno funcionalizado pela hidroxila.
Os nanotubos de carbono, devido a sua robustez estrutural e versatilidade morfológica, têm sido utilizados em várias aplicações biomédicas, incluindo a engenharia de tecidos. Estudos recentes reportam a uma matriz formada por nanocompósitos, constituídos principalmente por nanotubos de carbono, utilizados como um substrato para o crescimento de células neurais a partir das embrionárias (JAN et al, 2007).
Quanto à ação tóxica desses materiais, estudos relataram a toxicidade in vitro do fulerenol, com concentrações das doses em torno de 1 a 100 mg/ml e diâmetro médio de partícula da ordem de 4,7 a 9,5 nm, em células endoteliais presentes na veia umbilical humana (SILVA et al, 2005, ZHU et al, 2007). Pesquisas com nanotubos de carbono revelaram sua ação danosa ao DNA (genotoxicidade) induzidas nas paredes múltiplas de células-tronco embrionárias de camundongos variando seus efeitos biológicos, onde um mesmo
nanomaterial pode desempenhar propriedades favoráveis (neuroproteção) e desfavoráveis (resposta toxicidade celular específico), de acordo com os receptores envolvidos (ZHU et al, 2007).
Muito antes do recente interesse pela nanociência, a IUPAC dividia materiais porosos e seus respectivos tamanhos de poros em três categorias: microporosos (<2 nm), mesoporosos (2-50 nm), e macroporosos (> 50 nm). As aplicações biomédicas de tais materiais incluem bioseparação, biodetecção, transporte de fármacos e, em bioprocessos, age no controle da coagulação sanguínea (BLUMEN et al 2007).
Alguns avanços foram conseguidos, com a utilização de materiais nanoporosos, em vários processos biológicos essenciais. Na engenharia biomédica, cientistas utilizaram membranas de óxido de alumínio poroso (preparadas por processo eletroquímico) como substratos de crescimento celular para a produção de osteoblastos e compararam a eficiência da técnica entre vários diferentes óxidos de alumínio porosos e não porosos (SWAN et al, 2005).
Park et al (2007) demonstraram que os nanotubos de TiO2, alinhados verticalmente (também obtido por via eletroquímica), podem direcionar a adesão e proliferação de células de mamíferos em substratos porosos anodizados.
A literatura reporta que íons como Cd2+, Zn2 +, Ag+ podem reagir com bactérias através de diferentes grupos de proteínas. A capacidade de ação da Ag+ na formação de sais pouco solúveis é também considerada como um dos principais mecanismos para atacar as células de bactérias. A ação bactericida de nanoestruturas de prata é bastante difundida na literatura, especialmente quando tratamos de bactérias Gram-negativas, tais como Escherichia
coli, e a sua ação se dá através da liberção de seus íons, onde, segundo a literatura, a
penetração desses íons, invadiriam as células e interfeririam nesses sistemas metabólicos (SOTIRIOU et al, 2010). Nanopartículas de Cd2 + e de Zn2 + podem também ligar-se a proteínas da membrana celular contendo enxofre, interferindo na permeabilidade celular (SANTOS et al, 2013).
A toxicidade microbiana de íons metálicos, tais como prata, cobre, níquel e zinco, tem sido utilizada há muito tempo e, não surpreendentemente, nanopartículas formadas a partir desses metais tem apresentado considerável poder toxicológico. O material mais amplamente estudado e vulgarmente utilizado, por sua toxicidade microbiana, é a prata (metálica ou em outras formas combinadas) devido ao seu potencial como agente antibacteriano, mesmo quando as suas partículs se apresentam em dimensões convencionais (SOTIRIOU et al, 2010).
Estudos in vitro têm mostrado que nanopartículas de prata causam a elevação de espécieis reativas de oxigênio, do inglês, Reactive Oxygen Specie (ROS); a peroxidação lipídica e a redução nos níveis de Glutationa (GSH), comprometendo a desativação radicalar do micro-organismo (SOTIRIOU et al, 2010).
A atividade antibacteriana de nanoesferas de prata (diâmetro de 9 nm) ,contra bactérias resistentes, esteve relacionada ao comportamento dos íons quimissorvidos de Ag +, que se formam com extrema sensibilidade ao oxigênio. As interações dessas nanoestruturas, após imobilização em nanopartículas de sílica contra a bactéria Streptococcus coli, mostrou a dependência de sua ação bactericida com as dimensões das nanopartículas envolvidas, bem como com suas variações morfológicas. Como exemplo, contra a bactéria E. Coli, temos nanoplacas de prata, apresentando maiores atividades em comparação a outras nanoestruturas desse metal (nanoesféricas e nanohastes) (SOTIRIOU et al, 2010; SURESH et al, 2013).
As partículas de prata com dimensões de 1 a 20 nm apresentaram atividade antimicrobiana contra as bactérias Streptococcus mutans, Staphylococcus aureus,
Streptococcus coli, Nitrosomonas europaea, Bacillus subtilis e Pseudomonas putida,
degradando a parede celular dos microrganismos por provável ação de espécies reativas de oxigênio (SURESH et al, 2013).
Um estudo sobre a toxicidade de várias nanoestruturas de óxidos metálicos (Al2O3, SiO2, TiO2 e ZnO), em diferentes tipos de bactérias (E. coli, B. subtilis e Pseudomonas
aeruginosa), mostraram a dependência dos seus diferentes níveis de toxicidade com a geração
de ROS. Pode-se citar, como exemplo, as suspensões aquosas de nanopartículas de ZnO, que produziram altos níveis de ROS, ou seja, de radicais hidroxila, resultando em um estresse oxidativo, com maior dano celular do que quando comparados com a ação de partículas de natureza microescalar, as quais não apresentaram relevantes ações toxicológicas. Outras observações foram feitas em relação à dependência do potencial toxicológico com as dimensões de partículas de óxido de zinco, frente às bactérias S. aureus (SURESH et al 2013, O‟ BRIEN et al, 1λλ8).
A função de nanopartículas CuO, como material antimicrobiano, têm sido estudada em bactéria como E. coli , B. subtilis, Salmonella typhi, S. aureus e P. putida,onde seu provável mecanismo de ação esteja relacionado com espécies reativas de oxigênio (SURESH et al, 2013).
O CeO2 possui atividade antimicrobiana contra a bactéria E. coli , B. subtilis,
Shewanella oneidensis e Pseudokirchneriella subcapitata, degradando a parede celular dos
microrganismos por provável ação de espécies reativas de oxigênio. Em relação à estética, ele é usado em cerâmicas odontológicas para simular a fluorescência observada no esmalte dentário humano (O‟ BRIEN et al, 1998).
A análise desses casos surge como um desafio na rotina de muitos pesquisadores, que precisam escolher, de forma adequada, o tipo correto de material nanoestruturado (orgânico ou inorgânico) a ser empregado em sistemas biotecnológicos e biomédicos (BLUMEN et al, 2007; ZHU et al, 2007).
A bactéria S. mutans é a principal causadora de cárie dentária em todo o mundo, sendo considerado o mais cariogênico de todos os estreptococos orais. Vários métodos têm sido utilizados na tentativa de diminuir a colonização deste microrganismo: a aplicação tópica de substâncias sobre a estrutura dental e a aplicação de vacinas e anticorpos contra este microrganismo, justificando um estudo mais específico para o seu entendimento. Bactérias cariogênicas como essas, utilizam-se de cápsulas de polissacarídeos para reagirem contra o esmalte dentário provocando dano a dentina, promovendo a formação de cáries (SANTOS et al, 2013).
A resistência aos antibióticos levou a uma crescente busca de novos agentes que possam inibir o crescimento bacteriano. Os dentes revestidos com nanopartículas de ZnO e CuO mostraram uma redução significativa na formação do biofilme em 85% e 70%, respectivamente, quando comparados com os casos com dentes não revestidos. Os resultados preliminares sugerem que a ação dos dois tipos de nanomateriais ocorre através da produção de espécies reativas de oxigênio (ROS).
Chang et al (2012), utilizando titânia e prata em revestimentos compostos por TiO2/Ag e óxido de zinco (ZnO), ambos em implantes à base de Ti, para aumentar a atividade antibacteriana frente à bactéria S. mutans, concluíram que os filmes de ZnO apresentaram maior capacidade antibacteriana e menor compatibilidade celular, em comparação com os compostos de TiO2/Ag.
Estudos realizados, sobre o efeito bactericida e bacteriostática das nanopartículas de prata, óxido de zinco e ouro, em S. mutans, mostraram que as nanopartículas de prata, em comparação com as de ouro e de óxido de zinco, necessitaram de uma menor concentração para inibir o desenvolvimento das cepas de S. mutans, sendo as mais eficazes no combate a cárie (SIERRA et. al, 2008).